50 Jahre und kein bisschen leise

In den ersten Jahren blieb die Anwendung des induktiven Näherungsschalters auf die Chemie-Industrie beschränkt, da hier die Probleme mit dem Verschleiß mechanischer Kontakte aufgrund der geringen Ströme ohne den reinigenden Kontaktabbrand am drängendsten waren. Doch schon zu Beginn der 60er Jahre lernte man die nahezu unbegrenzte Lebensdauer dieses Schalters auch in anderen Automatisierungsanwendungen zu schätzen. So war es nur folgerichtig, dass Pepperl+Fuchs 1968 mit einer induktiven Ausführung des Rollenhebel-Endschalters nach DIN 43 694 auf den Markt kam. Dieses Gerät war befestigungskompatibel zum mechanischen Pendant und hatte wahlweise 5 verschiedene Lagen für die aktive Sensorfläche, damit alle möglichen Anfahrrichtungen des mechanischen Schalters nachempfunden werden konnten. Zudem war es damals noch nicht möglich, alle verschiedenen Spannungsbereiche durch eine Elektronik abzubilden. Die somit erforderlichen 60 verschiedenen Ausführungen des Näherungsschalters konnten aber den Siegeszug nicht aufhalten. Die Verschleißfreiheit war für die Zuverlässigkeit eines Automatisierungssystems ein gewichtiger Vorteil.

Weitere 10 Jahre später wurde dann ein Nachfolgegerät präsentiert, dass die Anwendung erleichterte. Die aktive Sensorfläche konnte nun vom Anwender selbst umgesteckt werden und Verstärker mit unterschiedlichen Spannungsbereichen konnten einfach durch Aufstecken gegeneinander gewechselt werden. Nach wie vor ist diese Bauform des Näherungsschalters eine der meistverkauften aber die Entwicklung dieser Technologie hat noch viel mehr Vielfalt gebracht.

 

Die Vielfalt des Näherungsschalters

Die wohl bekannteste Bauform des Näherungsschalters ist die zylindrische Gewindehülse. Von außen betrachtet sieht er wie ein Gewindebolzen aus und ist dem entsprechend einfach in jeder Maschine zu montieren. Das robuste Gehäuse aus Messing oder gar Edelstahl schützt die Elektronik gegen Umwelteinflüsse jeder Art und natürlich auch vor mechanischer Zerstörung. Darüber hinaus gibt es aber noch hunderte weiterer Bauformen, die heute am Markt erhältlich sind. Damit wird den unterschiedlichen Montageanforderungen des Maschinenbaus Rechnung getragen. Der Sensor dürfte wohl eines der wenigen elektronischen Komponenten sein, bei dem sich die Gehäusebauform der Anwendung und nicht der verpackten Elektronik anpassen muss. Somit ist die Vielfalt schon vorprogrammiert.

In den 90er Jahren des vergangenen Jahrhunderts wurde aber auch die Elektronik im Näherungsschalter grundlegend weiterentwickelt. Integrierte Schaltungen, die die Funktionalität erweitern und die EMV-Störfestigkeit steigerten, hielten Einzug. Bei den Schaltern mit Reduktionsfaktor 1 ermöglichen neue Oszillatorkonzepte gleiche Schaltabstände auf unterschiedliche Metalle. Für Anwendungen mit ganz besonders hohen Anforderungen an die Robustheit gibt es Näherungsschalter mit aktiver Sensorfläche aus Edelstahl. Hierzu ist eine äußerst empfindliche Auswertung notwendig, da die Vorbedämpfung des Oszillators durch die Stirnfläche des Gehäuses schon recht groß ist.

Auch Mikrocontroller haben inzwischen Einzug in den Näherungsschalter gehalten. Damit können noch höhere Schaltabstände bei vereinfachtem Abgleich der Bauteile in der Fertigung erzielt werden und zudem die Funktionalität gesteigert werden. Und das alles bei einem Gerät, welches aufgrund der immensen benötigten Stückzahlen unter fortwährendem Preisdruck steht.

Diese Aufzählung zeigt, dass die Entwicklung des Näherungsschalters in den letzten 50 Jahren niemals zum Stillstand gekommen ist. Getrieben durch immer neue Wünsche und Forderungen aus dem Maschinen- und Anlagenbau hat sich der Näherungsschalter immer wieder neu erfunden und wird das wohl auch in Zukunft weiter tun.

 

Die Zukunft des Näherungsschalter

Der Siegeszug des Näherungsschalters hat wohl mehrere Gründe. Zum einen ist die Spule als Sensorelement recht preiswert herstell- und auswertbar. Zum anderen sind diese Geräte in der Anwendung überaus robust, einfach in der Anwendung und zuverlässig. Verschmutzung, Umwelteinflüsse aller Art haben kaum einen Einfluss auf die Funktion. Damit hebt sich der Näherungsschalter gegenüber anderen Sensorprinzipien wohlwollend ab. Deshalb darf es nicht verwundern, dass die verkauften Stückzahlen in den letzten Jahren weiter rasant gestiegen sind und eine Ablösung ist derzeit nicht in Sicht.

Vielmehr gibt es einige interessante Anwendungen in der Automatisierungstechnik, die sich das Grundprinzip des Näherungsschalters zu Nutze machen und die gleichen Vorteile für den Anwender aufweisen. Stellvertretend sei hier die analoge Positionsmessung genannt. Dafür werden mehrere Spulen in einer Reihe aufgebaut und die horizontale Verschiebung eines Metall-Targets im Bereich von zehntel Millimeter genau vermessen. Ein Mikrocontroller wertet hierzu die durch das Target hervorgerufene Bedämpfung der verschiedenen Spulen aus und errechnet daraus die genaue Position. Dabei ist das Messergebnis unabhängig von der Präzision der vertikalen Führung des Targets. Dies ist ein schönes Beispiel, wie das 50 Jahre alte Prinzip mit Hilfe modernster Elektronik für ein zuverlässiges und einfach anzuwendendes Wegmesssystem verwendet werden kann mit allen bekannten Vorteilen.

 

Ausblick

Sensoren als die Sinnesorgane von Maschinen sind aus der Automatisierung nicht wegzudenken. Im Prinzip geht es immer um die Wandlung von physikalischen Ereignissen in elektrische. Die Spule als das Sensorelement des Näherungsschalters hat sich als nahezu perfektes Element für die Positionserkennung etabliert. Solange Maschinen überwiegend aus metallischen Werkstoffen gebaut werden, ist somit der weitere Erfolg des Näherungsschalters gewiss.